滨海湿地红树林光能利用率时间变异及其环境控制研究

Light use efficiency is one kind of vegetation resource use efficiencies, and it indicates vegetation use efficiency of photosynthetically active radiation. The temporal variability of light use efficiency correlates closely with vegetation carbon assimilation dynamics via photosynthesis, and therefore accurate characterization of the temporal variability of light use efficiency and its environmental controls facilitates the understanding of vegetation photosynthesis process and underlying mechanisms, and also provides theoretical basis for developing vegetation carbon models driven by remote sensing-derived parameters. To date, we don’t have enough knowledge of the temporal variability of light use efficiency and its environmental controls for different ecosystem types, and this kind of knowledge for coastal mangrove wetland ecosystems is even more limited. With a coastal mangrove wetland as study region, this project focuses on one scientific question: “temporal variability of mangrove light use efficiency and its environmental controls”. To answer this question, we propose to combine multiple in-situ observation techniques, including eddy covariance, near-surface remote sensing, and water gauges, to acquire long-term, persistent, and high frequent measurements of ecological/hydrological environmental factors. We will explore and analyze the temporal variability of mangrove light use efficiency and its environmental controls across different time scales, and propose potential estimation methods for mangrove light use efficiency based on near-surface remote sensing.

光能利用率是植被资源利用效率的一种，表示植被对光合有效辐射的利用效率，其时间变异与植被光合作用碳吸收动态紧密相关，因而准确地刻画光能利用率时间变异及其环境控制对理解植被光合作用过程和机制有着十分重要的作用，同时也能够为构建遥感参数驱动的植被碳循环模型提供理论支持。目前人们对不同生态系统类型光能利用率时间变异及其环境控制还缺乏足够的了解；对于环境要素复杂多变的滨海湿地红树林生态系统来说，这样的了解则更加有限。本项目针对“红树林光能利用率的时间变异及其环境控制”这一科学问题，以滨海湿地红树林为现场研究区，采用涡度相关、近地面遥感、水位计等原位观测手段，获取长期、持续、高时间分辨率的生态水文环境要素的同步监测数据，探讨红树林光能利用率在不同时间尺度上的时间变异特征及其环境控制机制，提出适用于红树林生态系统光能利用率的近地面遥感反演方法。

项目立项时拟围绕“红树林光能利用率的时间变异及其环境控制”这一科学问题，以滨海湿地红树林为现场研究区，采用涡度相关、近地面遥感、水位计等原位观测手段，获取长期、持续、高时间分辨率的生态水文环境要素的同步监测数据，探讨与解析红树林光能利用率在不同时间尺度上的时间变异特征及其环境控制机制。在项目的执行过程中，除了研究原先设计的光能利用率参数之外，也关注了红树林碳通量以及红树林植被对淹水环境的响应。项目研究内容主要包含三部分：红树林碳通量观测研究、红树林植被光谱观测研究和滨海湿地植被无人机遥感研究。主要研究结果：（1）通过解析三年的红树林碳通量观测数据，研究首次发现潮汐和海风对红树林—大气界面碳交换存在着不可忽略的间接影响，同时也发现未来海平面上升与降水格局的改变可能会降低红树林碳汇能力；（2）红树林碳通量与光谱长期协同观测研究表明红树林光化学反射指数与碳通量动态存在较好的相关性，优于传统的归一化植被指数，研究对红树林光谱与碳通量动态关系有助于提高人们对红树林光合碳通量时间动态的理解；（3）利用无人机遥感技术，首次在景观尺度上通过空间确切的定量分析来研究潮汐淹水如何影响潮间带红树林物种和树高空间分布，同时研究也证实了无人机遥感监测在滨海湿地植被种群分布动态研究中的可行性和实用性。本项目执行期间已发表了4篇SCI论文（1篇一区、2篇二区和1篇四区），2篇在审。依托该项目资助，研究团队在滨海湿地碳循环与生态遥感研究方面取得系列进展，取得了较好的学术价值和一定的社会影响。除发表论文外，依托本项目也积累了多年的红树林生态系统碳水通量连续观测数据，为野外台站长期观测提供坚实基础。